天然硬石膏对水泥基胶凝体系性能的影响.docx

天然硬石膏对水泥基胶凝体系性能的影响 1 试验部分 1.1 原材料 华新P·O 42.5普通硅酸盐水泥，其7d抗压强度30.1MPa，28d抗压强度50.2MPa；S95级矿粉，其7d活性指数79%，28d活性指数97%；II级粉煤灰，其7d活性指数71%，28d活性指数79%；自磨石灰石粉，其7d活性指数64%，28d活性指数68%；一级天然硬石膏；细骨料为黄沙，细度模数2.6；粗骨料为连续级配石灰岩碎石；武汉建材科技有限公司产SY型高性能减水剂。各原材料的物理性能见表1。 表 1 原材料的物理性能 1.2 试验方法 净浆安定性及凝结时间试验参考GB/T 1346—2011《水泥标准用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行，安定性试验采用冷浸法。 混凝土强度试验参照GB/T 50081—2016 《普通混凝土力学性能试验方法标准》，成型150mm×150mm× 150mm试件，分别在标养条件（温度20℃，相对湿度95%）下养护至3d、7d、28d、56d，并测试各龄期抗压强度。 混凝土限制膨胀率试验参照GB/T 23439—2017《混凝土膨胀剂》，成型带纵向限制器的100mm×100mm ×300mm的混凝土试件，16h拆模并测初长，后置于20℃水养条件下养护至3d、7d、14d、28d、56d龄期并测试其各龄期混凝土限制膨胀率。 混凝土抗渗性、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀性能试验参照规范GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，混凝土抗渗性试验以渗透高度比方法测试混凝土抗渗性能；混凝土抗氯离子渗透性能使用CABR-RCMP6型混凝土氯离子扩散系数电通量测定仪进行混凝土电通量试验；混凝土抗硫酸盐侵蚀试验，循环龄期设置为30d、60d、90d、120d。 微观测试样品使用标准稠度用水量成型20mm× 20mm×20mm净浆试件，养护至28d龄期，取试件中心部分颗粒，以无水乙醇浸泡终止水化，至测试前烘干并制样，颗粒样用于SEM测试，粉样用于XRD测试。 结合多元体系配合比设计方法[11]及本地预拌混凝土工程配合比，试验确定了三掺体系净浆和胶砂试验胶凝材料配合比，以及C30强度等级三掺体系混凝土配合比，见表2、表3。 表 2 三掺体系净浆试验胶凝材料配合比 表 3 C30三掺体系混凝土配合比 2 结果与讨论 2.1 天然硬石膏掺量对三掺体系净浆安定性及凝结时间的影响 有研究表明，掺入硬石膏的胶凝体系可能由于其中SO3的过量及缓慢溶解等问题导致延迟性钙矾石的生成，进而导致体系破坏风险，而水化硫铝酸钙在煮沸过程中会分解，因此本试验使用冷浸条件下的雷氏夹安定性检验方法测试安定性。将装满净浆的雷氏夹标准养护1d后，不经过煮沸，置于20℃水中养护至各龄期，测量各龄期指针尖端距离与初始距离的差值是否超过5mm，以此来判断安定性是否合格。不同天然硬石膏掺量的三掺体系胶材净浆配合比及冷浸法安定性检验结果见表4；不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆凝结时间如图1所示。 表 4 不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆配合比及安定性测试结果 图 1 不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆凝结时间 由表4可知，随着胶凝材料中SO3含量的上升，雷氏夹针尖间距离差值显著提升。当SO3含量不高于4.11%时，距离差值自3d起即保持不变，说明当胶凝材料中SO3含量较低时，虽有水化硫铝酸钙等膨胀性水化产物的产生，硬化体体积也会产生膨胀，但该部分膨胀性水化产物并不会引起胶凝材料安定性不良。当SO3含量为5.24%时，针尖距离差值随着水养龄期增加略有增加，但至56d时，差值仍在5mm之内，安定性合格。当SO3含量升至6.37%时，针尖距离差值显著提升，28d时距离已至6mm，至60d距离仍在持续增大，安定性不合格，即当三掺体系中天然硬石膏掺量不高于7%时，胶凝材料安定性合格。 由图1可知，天然硬石膏对矿粉-粉煤灰-石粉三掺水泥基体系凝结时间影响较小，并不会造成显著的缓凝效果，且在掺量提升至5%后，反而对体系初凝时间有一定的促进作用。其原因在于天然硬石膏的掺入，能够与C3A的初步水化产物进一步反应生成大量钙矾石，反而促进了体系的凝结硬化。 2.2 天然硬石膏掺量对三掺体系混凝土性能的影响 分别选取3%、5%、7%掺量的天然硬石膏，等质量取代水泥，将制作的混凝土试件养护至各龄期，并测试其力学性能、限制膨胀率、抗水渗、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能。混凝土试件的配合比及抗压强度测试结果见表5。 表 5 不同天然硬石膏掺量的三掺体系C30混凝土配合比及抗压强度 由表5可知，不同掺量的天然硬石膏对三掺体系混凝土早龄期抗压强度有一定的促进作用，3d、7d时混凝土抗压强度随硬石膏掺量的上升而有所增加，分析原因，一是天然硬石膏的掺入，能够与C3A的初步水化产